WiMAX接收鏈?zhǔn)褂眉膳月烽_(kāi)關(guān)低噪聲放大器的優(yōu)勢(shì)

　　從根本上大家已經(jīng)認(rèn)同WiMAX技術(shù)會(huì)在2007年開(kāi)始集成到筆記本電腦和手持式設(shè)備中，WiMAX的移動(dòng)化版本802.16e使用了2～6GHz 的頻帶來(lái)提供移動(dòng)設(shè)備非視距范圍(NLOS)的數(shù)據(jù)傳輸能力，因此WiMAX接收鏈設(shè)計(jì)工程師所面對(duì)的挑戰(zhàn)主要是多種不同傳輸路徑所造成接收信號(hào)電平的寬廣動(dòng)態(tài)范圍。

　　WiMAX接收器能夠由多種不同傳輸路徑接收信號(hào)的能力對(duì)于確保系統(tǒng)工作效率和數(shù)據(jù)的精確性相當(dāng)重要，相對(duì)于分立式解決方案，一個(gè)較為簡(jiǎn)單、低成本、省空間，同時(shí)效率更高的解決方案是在WiMAX接收器的射頻前端采用集成旁路開(kāi)關(guān)的低噪聲放大器(LNA)，集成旁路開(kāi)關(guān)的低噪聲放大器能夠讓接收鏈有多種可變的增益、功耗和線性度選擇。

　　LNA的性能變化和選擇

　　這里我們將討論集成旁路開(kāi)關(guān)低噪聲放大器的性能表現(xiàn)，這款低噪聲放大器會(huì)應(yīng)用在以下的系統(tǒng)分析中。使用3V直流電源和7mA的電流，該放大器擁有15dB的增益，放大模式下1.1dB的噪聲指數(shù)和旁路模式下4.5dB的插入損耗，旁路模式下的電流消耗更低于80μA，而放大和旁路模式下的輸入輸出回波損耗則大于10dB。這款低噪聲放大器在設(shè)計(jì)上還考量到在旁路模式和放大模式間切換時(shí)的阻抗變化要降到最低，避免造成不匹配的問(wèn)題，因此相同的匹配電路可以同時(shí)應(yīng)用在兩種模式下。相對(duì)于分立式解決方案，這樣做不但可以簡(jiǎn)化外部電路，同時(shí)還可縮小電路板占用空間并降低生產(chǎn)成本，圖1顯示了LNA的相關(guān)工作電路和簡(jiǎn)化的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖2是放大模式和旁路模式下的射頻性能表現(xiàn)?！　?/p>

　　圖1 低噪聲放大器的應(yīng)用電路　　

 　　圖2 放大模式(左)和旁路模式(右)下的射頻性能表現(xiàn)

　　系統(tǒng)分析

　　圖3是WiMAX接收器射頻前端的簡(jiǎn)化方塊圖，其中兩個(gè)低噪聲放大器都可分別切換成放大模式或旁路模式，帶來(lái)接收鏈不同的性能表現(xiàn)選擇。當(dāng)?shù)谝患?jí)和第二級(jí)的低噪聲放大器都在放大模式時(shí)，電路為高增益低噪聲指數(shù)狀態(tài)，可以用來(lái)檢測(cè)微弱的輸入信號(hào)，第一級(jí)低噪聲放大器的低噪聲指數(shù)對(duì)于微弱輸入信號(hào)相當(dāng)重要，因?yàn)榈谝患?jí)低噪聲放大器電路上的2dB噪聲指數(shù)可能會(huì)造成系統(tǒng)的噪聲指數(shù)降到3.61dB。

　　圖3 WiMAX接收器的射頻前端

　　對(duì)于輸入功率較高的情況，第二級(jí)低噪聲放大器可以切換到旁路模式，以便在不犧牲過(guò)多系統(tǒng)噪聲指數(shù)的情況下維持信號(hào)的高線性度，原因是系統(tǒng)的噪聲指數(shù)主要由前級(jí)電路決定，通過(guò)旁路開(kāi)關(guān)的協(xié)助改善系統(tǒng)信號(hào)線性度并進(jìn)行較高功率信號(hào)的部分增益衰減，設(shè)計(jì)工程師可以為后級(jí)電路設(shè)定較低的線性度要求，改善高線性度器件可能會(huì)帶來(lái)較高成本，同時(shí)消耗較大電流的情形。

　　當(dāng)接收器接近基站時(shí)，所接收的信號(hào)可能太強(qiáng)而讓后級(jí)電路進(jìn)入飽和狀態(tài)，造成非線性化的信號(hào)輸出，在這樣的情況下，兩個(gè)低噪聲放大器都可以切換到旁路模式來(lái)對(duì)強(qiáng)大的接收信號(hào)進(jìn)行衰減，保護(hù)后級(jí)電路不會(huì)發(fā)生過(guò)載情形。

　　表1顯示了集成旁路開(kāi)關(guān)的LNA如何有效管理不同功率大小的輸入信號(hào)，并基于圖3中所顯示的參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，通過(guò)將第一和第二級(jí)低噪聲放大器在放大模式和旁路模式間切換，接收器將能夠確保由多種不同傳輸路徑所帶來(lái)的射頻輸入信號(hào)不會(huì)造成接收器后級(jí)電路進(jìn)入非線性工作模式。

　　表1 串接兩級(jí)集成旁路開(kāi)關(guān)LNA的系統(tǒng)分析　　

 　　除了接收器動(dòng)態(tài)范圍的挑戰(zhàn)外，目前的移動(dòng)設(shè)備更配備了通常需要消耗更多功率的多重功能，但有限的電池容量會(huì)帶來(lái)限制，因此移動(dòng)設(shè)備的另一個(gè)重要設(shè)計(jì)要求是在維持良好性能表現(xiàn)的同時(shí)，還能擁有高效的功耗控制。集成旁路開(kāi)關(guān)的低噪聲放大器可以改善移動(dòng)設(shè)備的功耗并延長(zhǎng)它的電池續(xù)航力，在不需要高增益時(shí)，低噪聲放大器可以切換到旁路模式，而旁路模式下的電流消耗更可以低達(dá)μA等級(jí)。

　　結(jié)論

　　設(shè)計(jì)工程師在面對(duì)需要設(shè)計(jì)出能夠提供足夠動(dòng)態(tài)范圍WiMAX接收器的艱難任務(wù)時(shí)，可以通過(guò)使用集成旁路開(kāi)關(guān)的LNA來(lái)加以簡(jiǎn)化，集成旁路開(kāi)關(guān)的LNA是擴(kuò)展接收器動(dòng)態(tài)范圍的一個(gè)有效途徑，同時(shí)能夠在寬廣的動(dòng)態(tài)范圍下帶來(lái)更為可靠的性能表現(xiàn)。